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ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOSESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS Profa. Ms. Mônica Almeida A estrutura dos ácidos nucléicos • São polímeros de nucleotídeos • Os nucleotídeos são compostos por: – 1 grupo fosfato – 1 pentose (desoxirribose ou ribose) – 1 pentose (desoxirribose ou ribose) – 1 base nitrogenada • Os nucleotídeos são de 2 tipos: – desoxirribonucleótidos (com desoxirribose) – ribonucleótidos (com ribose) Pentose (ribose ou desoxirribose ) Nucleosídeo BASES NITROGENADAS Cada tipo de ácido nucléico possui 4 espécies de nucleotídeos • DNA: – Timina (T) • RNA – Uracila (U)– Timina (T) – Adenina (A) – Guanina (G) – Citosina (C) – Uracila (U) – Adenina (A) – Guanina (G) – Citosina (C) ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLÉICOS • Os carbonos 5 e 3 de nucleotídeos adjacentes unem-se por uma ponte fosfodiéster.fosfodiéster. • As bases ficam exteriores ao esqueleto carbonado • Após o papel central do DNA na hereditariedade ficar claro, muitos cientistas tentaram determinar a exata estrutura do DNA. • Como uma molécula com uma gama tão limitada de componentes diferentes podia estocar a enorme quantidade de informações sobre todas as estruturas primárias das proteínas nos organismos vivos? Erwin Chargaff Uma molécula de DNA difere de outra pela sequência de seus nucleotídeos. A quantidade de A é sempre igual a T (A=T), o mesmo acontecendo com a quantidade de C=G (C=G). Se A+T+C+G= 100% dos nucleotídeos de uma Se A+T+C+G= 100% dos nucleotídeos de uma molécula de DNA. Ex: A=20% Se A=T, então T=20% e A+T=40%. Se A+T+C+G=100%: 40+C+G=100 C+G=100-40 C+G=60% ; Se C=G, então C=30% e G30%. As fitas do DNA estão dispostas Antiparalelismo estão dispostas em sentidos opostos A forma predominante de torção da espiral do DNA é para a direita ou sentido horário A Dupla Hélice Mecanismos de replicação em procariotos e eucariotosprocariotos e eucariotos Dogma central da biologia molecular Replicação • O DNA controla toda a atividade celular. • Todo o “arquivo” contendo as informações sobre o funcionamento celular precisa ser duplicado para que funcionamento celular precisa ser duplicado para que cada célula-filha receba o mesmo tipo de informação que existe na célula-mãe. • Para que isso ocorra, é fundamental que o DNA sofra “auto-duplicação”. •The Meselson-Stahl experiment A replicação é semi-conservativa Metade da molécula original se conserva íntegra em cada uma das duas moléculas- filhas. PROCESSO DE REPLICAÇÃO PROCESSO DE REPLICAÇÃO FITA “LEADING” – sintetizada de forma contínua a partir de um iniciador na fita molde 3’ 5’ FITA “LAGGING” – sintetizada de forma descontínua a partir de múltiplos iniciadores (primers)múltiplos iniciadores (primers) • Sítios descobertos no molde da fita “lagging” são copiados em pequenos iniciadores de RNA pela primase. • Cada iniciador é alongado pela DNA polimerase resultando na formação dos FRAGMENTOS DE OKAZAKI. •DNA polimerase remove o primer do RNA do fragmento adjacente e preenche os “gaps” entre os fragmentos que, então, são unidos pela DNA ligase. PRINCIPAIS ENZIMAS ENVOLVIDAS (SISTEMA DE REPLICAÇÃO DO DNA) 1. DNA Polimerases 2. Endonucleases 3. Helicases 3. Helicases 4. Topoisomerases 5. Primases 6. Telomerases DNA Polimerases • Principais enzimas envolvidas no processo; responsáveis pela adição de nucleotídeos e reparo • Requerem um modelo e um primer (segmento de RNA sintetizado pela primase) complementares para início – alongamento • 3 tipos principais : I, II, III (procariotos) I: catalisa crescimento, remove bases pareadas erradas e degrada dupla-hélice; II: pode reparar DNA danificado; III: holoenzima (20 subunidades) – α ε e θ – completa a replicação do DNA unifilamentar a partir do primer DNA POLIMERASE Catalisam a adição de um nucleotídeo no radical hidroxil da extremidade 3’ da cadeia que está se formando. Desta forma, as fitas só podem crescer no sentido 5’ 3’. NUCLEASES Degradam o DNA, clivando-o em pedaços menores: 1. EXONUCLEASES: clivam o DNA a partir do final da molécula 2. ENDONUCLEASES: clivam em qualquer local da molécula OUTRAS ENZIMAS ENVOLVIDAS NO PROCESSO DE REPLICAÇÃO HELICASES – constituem uma classe de enzimas que podem se mover ao longo da fita dupla de DNA utilizando a energia da hidrólise de ATP para separar as duas fitas da molécula. SSB (“single-strand-binding”) – ligam-se a cada uma das fitas impedindoSSB (“single-strand-binding”) – ligam-se a cada uma das fitas impedindo o reanelamento das mesmas. PRIMASE – RNA polimerase que sintetiza pequenas moléculas de RNA utilizadas como iniciadores durante o processo de replicação do DNA. TOPOISOMERASES – Responsáveis por aliviar a torção na parte da fita que não está sendo replicada. PROCESSO DE REPLICAÇÃO Transcrição e processamento do Transcrição e processamento do RNAmRNAmRNAmRNAm MOLÉCULAS DE RNA • RNA mensageiro – é o de peso molecular intermediário, e atua conjuntamente com os ribossomos na síntese protéica, carrega a informação copiada do DNA sob a forma de inúmeros “triplets” cada um especificando um aminoácido • RNA transportador – é o mais leve dos três e encarregado de transportar os aminoácidos • RNA ribossômico – associa-se com uma série de proteínas para formar os ribossomos; é o de maior peso molecular e constituinte majoritário do ribossomo, organóide relacionado à síntese de proteínas na célula. A síntese de RNA se inicia com a separação das duas fitas de DNA. Apenas uma das fitas do DNA serve de molde para a produção da molécula de RNAm. A outra fita não é transcrita. Essa é uma das diferenças entre a duplicação do DNA e a produção do RNA. As outras diferenças são:As outras diferenças são: •os nucleotídeos utilizados possuem o açúcar ribose no lugar da desoxirribose; •há a participação de nucleotídeos de uracila no lugar de nucleotídeos de timina. Assim, se na fita de DNA que está sendo transcrita aparecer adenina, encaminha-se para ela um nucleotídeo complementar contendo uracila; Transcrição difere da replicação do DNA em outros aspectos: 1) Diferentemente de uma fita de DNA recém sintetizada, o RNA não permanece ligado por pontes de hidrogênio à fita de DNA molde. Então, as moléculas de RNA produzidas por transcrição são liberadas do molde de DNA, COMO FITA ÚNICA.DNA, COMO FITA ÚNICA. 2) As moléculas de RNA são copiadas de uma região limitada do DNA (GENE), então as moléculas de RNA são muito mais curtas que as moléculas de DNA. As enzimas que fazem a transcrição são chamadas RNA polimerases. A molécula de RNA também é sintetizada na direção 5’ para 3’. Diferenças entre RNA polimerase e DNA polimerase 1) A RNA polimerase catalisa a ligação de ribonucleotídeos e não 1) A RNA polimerase catalisa a ligação de ribonucleotídeos e não desoxirribunocleotídeos. 2) A RNA polimerase pode começar uma cadeia de RNA SEM UM PRIMER, pois o RNA não estoca permanentemente a informação genética nas células, por isso a transcrição não precisa ser tão acurada quanto a replicação do DNA. Sinais no DNA avisam a RNA polimerase onde começar e parar �Para transcrever um gene precisamente, a RNA polimerase precisa reconhecer no genoma onde começar e onde terminar. Seqüência promotora: local onde a RNA polimerase Seqüência promotora: local onde a RNA polimerase começa a transcrição. Seqüência terminal: local onde a RNA polimerase pára a transcrição, liberando tanto a fita molde de DNA e a molécula de RNAm recém sintetizada. As fitas do DNA se separam 10 bases upstream ao sítio de iniciação,mais especificamente no “TATA box”. INÍCIO DA TRANSCRIÇÃO box”. A fita molde fica exposta e, desta forma, a síntese da cadeia complementar de RNA pode ser iniciada. ALONGAMENTO DA CADEIA A polimerase desliza ao longo da fita molde estendendo um cadeia de RNA crescente no sentido 5’ 3’ através da adição de ribonucleotídeos.5’ 3’ através da adição de ribonucleotídeos. Este processo ocorre até a RNA polimerase encontrar uma seqüência específica no DNA que determina o término do alongamento. TÉRMINO DA TRANSCRIÇÃO � Quando a RNA polimerase encontra o sítio de terminação na fita molde, ela se desliga do DNA juntamente com a nova cadeia de RNA sintetizada devido à uma desestabilização do complexo de transcriçãoà uma desestabilização do complexo de transcrição � O desligamento do RNA do sistema provoca a ruptura do complexo de transcrição e as fitas do DNA são renaturadas O PROCESSAMENTO DO RNA � Os diferentes RNAs sintetizados no processo de transcrição são chamados de transcritos primários; � Na maioria das vezes, esses transcritos não representam a molécula madura, ou seja, aquela cuja seqüência e estrutura correspondem à forma final doseqüência e estrutura correspondem à forma final do RNA funcional; � Esses transcritos necessitam sofrer modificações que fazem parte do processamento do RNA. PROCESSAMENTO DO mRNA �Cap - adição da 7- metil guanosina na extremidade 5’ A maturação do precursor do mRNA, que é o hnRNA, em mRNA possui 3 etapas importantes: �Cauda poliA – 200 resíduos de adenina �Splicing – Retirada de íntrons PROCESSAMENTO DO mRNA � Após o início da transcrição da molécula de mRNA é adicionado um resíduo de guanina à sua extremidade 5’. � Este resíduo chamado “cap” sofre, então, metilação (adição do� Este resíduo chamado “cap” sofre, então, metilação (adição do radical metil) na posição 7 da guanina resultando na formação do nucleotídeo 7-metilguanilato. � O “cap” protege a extremidade 5’ da ação de exonucleases e, também, é utilizado para reconhecimento, pelo ribossomo, do sítio de início do processo de síntese protéica. 1) Evitar a degradação do extremo 5’ do RNAm por nucleases; 2) Ajuda o RNAm a ser corretamente processado e exportado;exportado; 3) Tem uma importante função na tradução dos RNAm no citosol PROCESSAMENTO DO RNAm �A maioria dos mRNAs possui uma seqüência de resíduos de adenina na sua extremidade 3’ que é chamada de cauda poliA e é adicionada à molécula durante a transcrição. �A poliadenilação consiste na adição de uma sequência de adenosinas�A poliadenilação consiste na adição de uma sequência de adenosinas (de 100 a 300 em geral) na extremidade 3´ do transcrito. � O filamento de adenosinas produzido é referido como cauda poli A. PROCESSAMENTO DO RNAm Cauda poli-A na extremidade 3’ da molécula de RNAm tem a finalidade de proteger esta extremidade da extremidade da degradação enzimática e ajudar o RNAm a sair do núcleo. PROCESSAMENTO DO RNAm � Após a adição do “cap” 5’ e da cauda poliA, a molécula de pré- mRNA sofre o processo de retirada dos íntrons e junção dos éxons, mecanismo conhecido como “splicing” e migra para o citoplasma da célula. �Os íntrons apresentam um grau de conservação maior do que os éxons além de apresentarem uma característica muito importante: os primeiros e os últimos dois nucleotídeos da extremidade 5’ e 3’, GU e AG, são altamente conservados. PROCESSAMENTO DO RNAm SPLICING PROCESSAMENTO DO RNAm GenéticaGenética TraduçãoTradução Profa. Ms. Mônica Almeida TraduçãoTradução Dogma Central da biologia MolecularDogma Central da biologia Molecular TRADUÇÃO • Processo que se baseia na seqüência do mRNA para determinar e unir os aminoácidos formando, assim, a proteína. • Cada aminoácido é codificado na seqüência de DNA como um códon contendo uma seqüência de três nucleotídeos.códon contendo uma seqüência de três nucleotídeos. • Moléculas de RNA transportador transferem a informação contida no genoma à uma seqüência de aminoácidos nas proteínas. RNA TRANSPORTADOR • Liga-se quimicamente à um aminoácido específico, através da enzima aminoacil –tRNA sintetase, sendo chamado, desta forma, de aminoacil-tRNA; • Pareia com a seqüência do códon do mRNA adicionando o aminoácido que carrega à uma cadeia de peptídeos crescente. RIBOSSOMOS A eficiência da tradução se deve, principalmente, à ligação da molécula de mRNA e dos aminoacil-tRNAs ao maior complexo RNA-proteína da célula – o ribossomo – que direciona o crescimento da cadeia polipeptídica. Durante a síntese protéica, o ribossomo se move ao longo daribossomo se move ao longo da cadeia de mRNA interagindo com vários fatores protéicos e o tRNA. TRADUÇÃO • O códon AUG, que codifica o aminoácido metionina, age como o códon de iniciação na maioria das moléculas de mRNA. • O tRNAMet reconhece códons AUG internos, não carregando nunca uma metionina formilada (eucariotos).nunca uma metionina formilada (eucariotos). • Quando AUG está colocado no início este é lido como uma formil- metionina; quando está dentro da região codificadora, é lido como metionina. TRADUÇÃO Durante a síntese de proteínas, os ribossomos deslocam-se ao longo do mRNA, possibilitando um pareamento entre esse e os tRNAs que carregam os diferentes aminoácidos que irão compor as proteínas Os ribossomos deslocam-se ao longo do mRNA, na direção 5’ 3’. TRADUÇÃO A terminação da síntese de proteínas ocorre pelo aparecimento de códons de terminação na molécula de mRNA. O reconhecimento desses códons é realizado por proteínas e não por moléculas de tRNA, diferentemente do que ocorre nos outros códons. CÓDIGO GENÉTICO A relação entre a seqüência de bases no DNA e a seqüência correspondente de aminoácidos, na proteína, é chamada de código genético O código genético encontra-se na forma de triplets – os códons Gene RNA polimerase hnRNA Transcrição Processamento Núcleo mRNA Citoplasma Processamento Tradução proteína Transcrição A C G T A T G C A T 5’ 3’ A T 3’ RNA polimerase Gene ativo T G C A T T 5’3’ 5’ Molécula de RNA nascente Tradução Cys Met Ala Asp Glu Phe HisRibossomo Proteína tRNA aa livre Gly Molécula de mRNA A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 5’ 3’ Direção do avanço do ribossomo tRNA codon A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A T A C Ala Cys Asp Glu Phe Met Gly His Ile Gln Lys Pro Leu Asn Met 5’ 3’ VARIAÇÃO GENÉTICA =POLIMORFISMO A U A A A A U U A A U G A A C AA AAA A C A A U A A T A C Ala Cys Asp Glu Phe Met Gly His Ile Gln Lys Pro Leu Asn CYSCYS 5’ 3’ Muda a forma e função REPRESENTAÇÃO LINEAR A MOLÉCULA DO DNAREPRESENTAÇÃO LINEAR A MOLÉCULA DO DNA 5’ATTCGGCGCTATGCATGCTATGCG3’ aa1 aa2 aa3 aa4 aa5 aa6 aa7 aa8 PROTEÍNA - Queratina- cabelo - Albumina- sangue - Hemoglobina-sangue - Estrutura do cabelo - Proteína da cor do cabelo (Melanina) VARIAÇÕES GENÉTICAS Acontecem no nosso DNA Células germinativas Passa para os filhos Células somáticas Não passa para os filhos Ex. câncerEx. cor dos olhos Lembrar...Lembrar...RNApolimeraseRNApolimerase • É essencial na transcrição... (1ª etapa da expressão gênica) • Sem a RNA polimerase não há vida!!! • Sem RNA polimerase não há enzimas!!!!• Sem RNA polimerase não há enzimas!!!! • A inibição da RNA polimerase leva à morte do organismo...
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